1、第八章恒定电流第4讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线微知识 对点练微考点 悟方法微考场 提技能微知识 对点练 教材回扣 基础自检知|识|梳|理微知识 实验目的(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线。(2)分析曲线的变化规律。微知识 实验原理(1)用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)值，在 UI 坐标系中描出各对应点，用一条_将这些点连接起来。(2)电流表采用法(填“内接”或“外接”)，因为小灯泡电阻很小，如果内接电流表，分压明显。滑动变阻器采用式，使电压能从 0 开始连续变化。分压平滑的曲线外接微知识 实验器材小灯泡，46 V 学生电源，滑动变阻器，电压表，电流
2、表，开关，导线若干。微知识 实验步骤(1)连接电路将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示电路。(2)测出小灯泡在不同电压下的电流移动滑动变阻器触头位置，测出 12 组左右不同的电压值 U 和电流值I，并将测量数据填入表格。(3)画出伏安特性曲线在坐标纸上以 U 为纵轴，以 I 为横轴，建立坐标系。在坐标纸上描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)将描出的点用平滑曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。拆除电路、整理仪器。微知识 注意事项(1)电路的连接方式。电流表应采用外接法，因为小灯泡(3.8 V 0.3 A
3、)的电阻很小，与量程为 00.6 A 的电流表串联后，电流表的分压影响很大。滑动变阻器应采用分压式连接，目的是使小灯泡两端的电压能从 0开始连续变化。(2)闭合开关 S 前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为 0 的一端，可以使开关闭合时小灯泡电压能从 0 开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而烧坏灯丝。(3)UI 图线在 U01.0 V 左右将发生明显弯曲，故在 U1.0 V 左右描点要密，以防止出现较大误差。(4)电流表选择 0.6 A 量程，电压表量程的选择视小灯泡的额定电压而定，即使用的若是“3.8 V 0.3 A”的小灯泡，选用电压表的 15 V 量程，若使
4、用“2.5 V 0.6 A”的小灯泡，则选用电压表的 3 V 量程。(5)保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值时，记录 I 后马上断开开关。(6)误差较大的点要舍去，UI 图象应是平滑曲线而非折线。微知识 误差分析(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。(2)测量时读数带来误差。(3)在坐标纸上描点、作图带来误差。基|础|诊|断一、思维诊断1灯泡的电阻较小，用伏安法测电阻时应采用电流表外接法()2为了多测几组数据，滑动变阻器应用分压式接法()3用电流表外接法测电阻时，由于电压表的分流作用，致使电阻测量值偏大()二、对点微练1(伏安法测电阻)在伏安法测电阻
5、的实验中，待测电阻 Rx 约为 200，电压表 V 的内阻约为 2 k，电流表 A 的内阻约为 10，测量电路中电流表的连接方式如图甲或乙所示，结果由公式 RxUI 计算得出，式中 U 与 I分别为电压表和电流表的读数；若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为 Rx1 和 Rx2，则_(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值 Rx1_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。甲乙小于Rx1大于解析 因为 Rx200，而 RV2 k，RA10，有 Rx RARV，所以选用电流表内接法误差较小，即 Rx1 更接近于真实值。根据
6、“大内小外”可知 Rx1大于真实值，Rx2 小于真实值。2(图象法处理数据)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流电压的数据如下表所示：电流I/mA2.75.412.419.527.836.447.156.169.681.793.2电压U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.909.1211.46(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因。答案(1)如图所示(2)电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同。第一区间电流很小时，电阻
7、变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。微考点 悟方法 核心考点 分层突破 核心微讲1各导线都应连接在接线柱上。2不应在导线中间出现交叉，导线不能跨过仪器。3连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。4开关要控制整个电路。题组突破11.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6 V 1.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A直流电源 6 V(内阻不计)B直流电流表 03 A(内阻 0.1 以下)C直流电流表 0300 mA(内阻约为 5)D直流电压表 010 V(内阻约为 15 k)E滑动变阻器 10，2
8、 AF滑动变阻器 1 k，0.5 A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(均用字母表示)CE(2)在下列虚框中画出实验电路图。(3)试将图所示器材连成实验电路。解析 由 I 额1.56 A250 mA，故选 C。因要求电压从零开始变化，变阻器用分压接法，应选小阻值的 E。答案(2)实验电路如图所示(3)实验电路如图所示12.为探究小灯泡的电功率 P 和电压 U 的关系，小明测量小灯泡的电压U 和电流 I，利用 PUI 得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V 1.8 W”，电源为 12 V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为
9、 10。(1)准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)(2)现有 10、20 和 50 的定值电阻，电路中的电阻 R1 应选_ 的定值电阻。(3)测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。(4)小明处理数据后将 P、U2 描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示。请指出图象中不恰当的地方。电池10解析(1)连线如图所示。(2)小灯泡电阻大约为 5，当滑动变阻器阻值最大时，小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为 3.3，则 12 V3 V 3 V3.3 R1，解得 R19.9，所以R1 应取 10 的定值电阻。(3)实验结
10、束，断开开关，拆除电池两端导线，以防电源短路。(4)在坐标纸上描出的点并不是在一条直线上，图线应为曲线；横坐标的标度值取得太大，应适当减小。答案(4)图线不应画为直线；横坐标的标度不恰当核心微讲以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器等设置题目，体现开放性、探究性的特点。1以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系。2采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。3与原数据处理方式的比较(1)原方案：优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并亲自动手绘出伏安特性曲线，可锻炼学生的读数、动手操作能力。缺点：学生读数、绘图带来较大误差。(2)改进方案：优点：电压、电流由传感器测
11、出，由电脑进行数据分析，再进行绘图，快捷、准确，误差较小。缺点：一切在电脑上运行，学生的动手能力得不到锻炼。典例微探【例】(2016全国卷)某同学利用图(a)所示电路测量量程为 2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱 R(最大阻值 99 999.9)，滑动变阻器 R1(最大阻值 50)，滑动变阻器 R2(最大阻值 5 k)，直流电源 E(电动势 3 V)，开关 1 个，导线若干。实验步骤如下：按电路原理图(a)连接线路；将电阻箱阻值调节为 0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关 S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置
12、不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为 2.00 V，记下电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)实验中选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)。(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。R1(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为 630.0，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变。计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填选项字母)。A100 A B250 AC500 A D1 mA2 520D解题导思：滑动变阻器滑片的位置不变，当电压表的示数为 2.00 V 时，电阻箱两端电压为多少？答：电阻箱两端电压为 2
13、.50_V2.00_V0.50_V。解析(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用 R1。(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为 2.00 V，电阻箱两端的电压为 0.5 V，根据串联电路的分压原理，RVR 2.000.5，求得电压表的内阻 RV4630.0 2 520.(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为 Ig 2.5 V2 520 1 mA，D 项正确。答案(2)连线如图所示题组微练21.如图甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的 UI 关系曲线图。甲乙(
14、1)在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到 UI 关系的完整曲线)，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器(变化范围050)、电动势为 6 V 的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。(2)如果将该小灯泡分别接入图丙、丁两个不同电路，其中丙电路的电源为一节干电池，丁电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为 1.5 V，内电阻为 1.5，定值电阻 R18。则接入_(填“丙”或“丁”)电路时，小灯泡较亮些。丙丁丙(3)在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为_ W。(4)若将电路丁中的电阻 R 替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此时电源内部的发热功率为_ W。0.150.
15、30解析 由于要画出 UI 关系的完整曲线，必须用分压接法画出实验电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的 UI 关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的 UI 关系的曲线交点即为工作点。显然接入丙电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些。在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为 PUI10.15 W0.15 W。若将电路丁中的电阻 R 替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，可等效为电动势为 2.25 V、内阻为 2.25 的电池连接一个灯泡，在小灯泡灯丝电阻的 UI 关系曲线图上画出电源(电动势 2.25 V，内阻2.25)的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的 UI 关系曲线交点对应的横坐标值为
16、电源输出电流 I0.26 A，此时电源内部的发热功率为 PI2r0.2624.5 W0.30 W。答案(1)实验电路图如图所示。22.硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表 V1 量程选用 3 V，内阻为 6.0 k；电压表 V2 量程选用 15 V，内阻约为 30 k；R0 为保护电阻；直流电源电动势 E 约为 12 V，内阻不计。(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关 S，调节变阻器 R，读出电压
17、表V1、V2 的示数 U1、U2。某次测量时，电压表 V1 示数如图丙，则 U1_ V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为_ mA(结果保留两位小数)。该小组测出大量数据，筛选出下表所示的 9 组 U1、U2 数据，算出相应的硅光电池两端反向电压 Ux 和通过的反向电流 Ix(表中“”表示反向)，并在坐标纸上建立 IxUx 坐标系，标出了与表中前 5 组 Ux、Ix 数据对应的 5 个坐标点。请你标出余下的 4 个坐标点，并绘出 IxUx 图线。1.400.23类别123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.1
18、4.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA0.000.000.010.020.040.070.120.190.29 由 IxUx 图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix 与 Ux 成_(填“线性”或“非线性”)关系。非线性解析 V1 选用的是 3 V 量程，则刻度盘的最小分度为 0.1 V，根据电表的读数原则知 U114.00.1 V1.40 V，I1 U1RV10.23 mA。描点与绘图如图所示。由于绘出的 IxUx 图象不是直线，即 Ix 与 Ux 成非线性关系。甲乙答案(1)连线见解析图甲(2)描点绘出 IxUx，图线见解
19、析图乙微考场 提技能 专题选萃 迁移应用 1(2016天津卷)某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表 V1(量程 03 V，内阻等于 3 k)电压表 V2(量程 015 V，内阻等于 15 k)电流表 A1(量程 0200 mA，内阻等于 10)电流表 A2(量程 03 A，内阻等于 0.1)滑动变阻器 R1(010，额定电流 2 A)滑动变阻器 R2(01 k，额定电流 0.5 A)定值电阻 R3(阻值等于 1)定值电阻 R4(阻值等于 10)定值电阻 R5(阻值等于 1
20、 k)电源 E(E6 V，内阻不计)(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。(2)该同学描绘出的 IU 图象应是下图中的_。(填选项字母)B解析(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时，需要设计成滑动变阻器的分压接法，滑动变阻器应选择与小灯泡阻值相接近的 R1。给出的元件电压表 V1量程小于小灯泡的额定电压，电压表 V2 量程又太大，因此需要将电压表 V1串联一个 1 k 的定值电阻 R5，改装成最大量程为 4 V 的电压表。给出的元件电流表 A1 量程小于小灯泡的额定电流，电流表 A2 量程又太大，因此需要将电流表 A1 并联一个 10 的定值电阻 R4，改装成最大量程为
21、400 mA 的电流表。(2)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以该同学绘出的小灯泡的 IU图象应是 B。答案(1)如图所示2(2016浙江卷)某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为 3 V、内阻约为 3 k 的电压表和量程为 0.6 A、内阻约为 0.1 的电流表。滑动变阻器采用分压电路接线，图 1 是实物的部分连线图，待测电阻为图 2 中的 R1，其阻值约为 5。(1)测 R1 阻值的最优连接方式为导线连接_(填“a”或“b”)、导线连接_(填“c”或“d”)。(2)正确接线测得实验数据如下表，用作图法求得 R1 的阻值为_。U/V0.400.801.201.602.002.40
22、I/A0.090.190.270.350.440.53ad45(4.44.7)(3)已知图 2 中 R2 与 R1 是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2 的边长是 R1 的 110，若测 R2 的阻值，则最优的连线应选_(填选项字母)。A连接 a，连接 c B连接 a，连接 dC连接 b，连接 cD连接 b，连接 dB解析(1)因电压表的内阻远大于电阻 R1 的阻值，故电流表应外接，导线连接 a，因题述要求采用分压电路接线，故导线连接 d。(2)由实验数据用作图法求得 R1 的阻值为 R12.400.400.530.09 4.5。(3)根据电阻定律 RlS，由题设条件知 R2R14
23、.5，因电压表的内阻仍远大于电阻 R2 的阻值，测电阻 R2 阻值的最优连接方式应是导线连接 a，导线连接 d，故选项 B 正确。答案(2)如图所示3(2016江苏卷)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值 R 随温度t 的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约 10，R 随 t 的升高而增大。实验电路如图所示，控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合 S，先将开关 K 与 1 端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度 t1、t2、和电流表的相应示数 I1、I2、。然后将开关 K 与 2 端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为 I1、I2、，分别记下电阻箱相应的示数 R1、R2、。(1)有以
24、下两种电流表，实验电路中应选用_(填选项字母)。A量程 0100 mA，内阻约 2 B量程 00.6 A，内阻可忽略(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由 9.9 调节至 10.0，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”，正确的操作顺序是_(填序号)。将旋钮 a 由“0”旋转至“1”将旋钮 b 由“9”旋转至“0”将旋钮 c 由“9”旋转至“0”A(或)(3)实验记录的 t 和 R 的数据见下表：温度 t()20.040.060.080.0100.0阻值 R()9.610.411.112.112.8请根据表中数据，在方格纸上作出 Rt 图线。由图线求得 R 随 t 的变化关系为 R_。0.04
25、t8.8(0.04t8.60.04t9.0 都算对)解析(1)电路中的最大电流可能为 I1.510 A150 mA，因此选用 A。(2)要将电阻箱的电阻值由 9.9 调为 10.0，应先将 a 旋钮由“0”旋转至“1”，再将 c 由“9”旋转至“0”，再将 b 由“9”旋转至“0”，因此顺序为(或)。(3)由作出的图线可知，电阻 R 与温度 t 的关系为 R8.812.89.680t()880.04t()答案(3)如图所示4霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性发展。如图所示，在一矩形半导体薄片的 P、Q 间通入电流 I，同时外加与薄片垂直的磁场 B，在 M
26、、N 间出现电压 UH，这个现象称为霍尔效应，UH 为霍尔电压，且满足 UHkIBd，式中 d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图所示，该同学用电压表测量 UH 时，应将电压表的“”接线柱与_(填“M”或“N”)端通过导线连接。(2)已知薄片厚度 d0.40 mm，该同学保持磁感应强度 B0.10 T 不变，改变电流 I 的大小，测量相应的 UH 值，记录数据如下表所示。I(103 A)3.06.09.012.015.018.0UH(103 V)1.11.93.44.56.26.8M根
27、据表中数据在如图所示的坐标纸上画出 UHI 图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为_103 VmA1T1(保留两位有效数字)。15(1.41.6)(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图所示的测量电路。S1、S2 均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流自 Q 端流入，P 端流出，应将 S1 掷向_(填“a”或“b”)，S2 掷向_(填“c”或“d”)。为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中，在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串接在相邻器件_和_之间。(填器件代号)E(或 S2 E)bcS1解析(1)根据左手定则得正电荷在洛伦兹力作用下向 M 端移动，因此 M端带正电，电压表的正接线柱与 M 端相连。(2)根据数据作出的 UHI 图线如图所示，由图象可确定图线的斜率K0.38，而 KkBd，将 d、B 的数值代入解得 k1.5103 VmA1T1。(3)由题意知，Q 应接电源的正极，P 应接电源的负极，所以开关 S1 应掷向b，S2 应掷向 c。该题的电路设计在操作时极易使电源短路，为了测量安全，可将一合适的定值电阻串接在 S1 和电源 E 之间(或 S2 和电源 E 之间)。
